Disponibilidad del nitrógeno para las plantas

8/20/2019 Disponibilidad del nitrógeno para las plantas

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UNIVERSIDAD DE LAREPUBLICA

ÀREA DE SUELOS Y AGUASCÀTEDRA DE FERTILIDAD

NITRÓGENO

Ing. Agr. Carlos Perdomo(PhD). Prof. Titular

Ing. Agr. Mónica Barbazán(Asistente).

Revisado por: Bach. José María Durán Manzoni.

MONTEVIDEO URUGUAY


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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 1

I. FUENTES NATURALES DE N Y SU DISPONIBILIDAD PARA LAS PLANTAS 11) Factores que afectan el contenido total de N del suelo 3

2. BALANCE DE N 13

I. MECANISMOS DE GANANCIA DE N 13A. APORTE DE N CON LAS LLUVIAS 13B. FIJACIÓN NO SIMBIÓTICA 14C. FIJACIÓN SIMBIÓTICA 14D. FERTILIZANTES INORGÁNICOS Y ABONOS ORGÁNICOS 14E. MINERALIZACIÓN DE N 142) Factores que afectan la tasa de mineralización 163) Caminos del NH4

+ 17F. INMOVILIZACIÓN DE N 17G. MINERALIZACIÓN – INMOVILIZACIÓN: EFECTO NETO 181) Factores que determinan el efecto neto: mineralización e inmovilización 18

2) Relación entre el CMI y la formación de humus del suelo 21H. NITRIFICACIÓN 261) Factores que afectan la nitrificación 27II. MECANISMOS DE PÉRDIDA DE N 28A. PÉRDIDAS DE N A PARTIR DE NO3

- 28B. LIXIVIACIÓN O LAVADO 281) Factores que afectan la lixiviación 30C. DESNITRIFICACIÓN 321) Factores que afectan las pérdidas por desnitrificación 33D. PÉRDIDAS DE NH3 POR VOLATILIZACIÓN 341) Factores que afectan las pérdidas por volatilización 35

3. CICLO DEL N EN LOS SUELOS 39

4. FERTILIZANTES NITROGENADOS 42

I. FERTILIZANTES NITROGENADOS ORGÁNICOS 42


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II. FERTILIZANTES NITROGENADOS INORGÁNICOS 42A. TRANSFORMACIONES DE LA UREA 44B. FERTILIZANTES AMONIACALES Y ACIDIFICACIÓN DE LOS SUELOS 45C. DIFERENCIAS ENTRE FUENTES 471) Uso de fuentes amoniacales 472) Uso de fuentes nítricas 473) Uso de fuentes mixtas 494) EFICIENCIA DE USO DEL FERTILIZANTE NITROGENADO 49

5. N EN EL CRECIMIENTO VEGETAL 50

I. FUNCIÓN DEL N EN LA PLANTA 50II. ¿CUÁNTO N REQUIEREN LAS PLANTAS? 50III. FORMAS QUÍMICAS EN QUE EL N ES ABSORBIDO POR LAS PLANTAS 53

A. ABSORCIÓN Y ASIMILACIÓN DE NO3- 54B. ABSORCIÓN Y ASIMILACIÓN DE NH4

+ 55IV. TRANSLOCACIÓN DE N 56V. EFECTOS DEL N EN LA PLANTA 57A. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA DE N 57B. COMPETENCIA POR CARBOHIDRATOS 571) Efectos sobre el contenido de azúcar 582) N y calidad en cebada cervecera 593) N y calidad en trigo 594) Relación crecimiento vegetativo- crecimiento reproductivo 595) Efectos de la absorción de N como NH4

+ o NO3- 61

6) Efectos del N sobre la fructificación 61

C. SUCULENCIA Y DUREZA 61D. DAÑOS POR BAJAS TEMPERATURAS 61E. INCIDENCIA DE ENFERMEDADES 62F. EFECTO DEL N SOBRE LA MADURACIÓN 62G. COMPETENCIA ENTRE ESPECIES 62H. VUELCO 63I. RELACIÓN GRANO/PAJA EN CEREALES 63

6. N Y PROBLEMAS AMBIENTALES 64

I. TOXICIDAD POR NO3- 64

II. NITROSAMINAS 67III. EMISION DE N2O Y PROBLEMAS AMBIENTALES 67

7. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA 69


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1. INTRODUCCIÓN

El nitrógeno (N) es un nutriente esencial para los seres vivos, ya que es uno de losconstituyentes principales de compuestos vitales como aminoácidos, proteínas, enzimas,nucleoproteínas, ácidos nucleicos, así como también de las paredes celulares y clorofila en losvegetales.

Debido a la importancia del N en las plantas, junto al fósforo (P) y al potasio (K) se loclasifica como macronutriente.

Es, además, el nutriente que en general más influye en el rendimiento y calidad del producto a obtener en la actividad agropecuaria.

I. FUENTES NATURALES DE N Y SU DISPONIBILIDAD PARALAS PLANTAS

La mayor parte del N del planeta Tierra se encuentra en las rocas ígneas de la corteza yel manto (Tabla 1). Sin embargo, esa forma de N no está disponible para las plantas, por lomenos en el mediano plazo. Por lo tanto, se puede considerar que esta forma del N no estadisponible para los seres vivos.

En la naturaleza existen dos fuentes principales de reserva de N para las plantas. Lamayor es la atmósfera, en la cual el 78% del aire es N. Este N se encuentra en forma molecular (N2), aunque también existen otras formas gaseosas de N de mucha menor importanciacuantitativa: óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y amoníaco(NH3). Se estima que por encima de una hectárea de suelo hay aproximadamente 300.000 ton.de N (Stevenson,1982). El aire del suelo tiene normalmente una composición similar a laatmósfera, aunque ocasionalmente puede estar más enriquecido en alguna de las otras formasgaseosas, como N2O o NH3, debido a la acción de procesos químicos o microbiológicos.

La otra reserva importante de N es la materia orgánica del suelo (MOS). Del total del N que hay en el suelo, aproximadamente el 98% se encuentra formando compuestosorgánicos. Dependiendo de su contenido de materia orgánica, los primeros 20 centímetros de

profundidad de un suelo pueden contener entre 1.000 y 10.000 kg. de N por hectárea. Estasformas orgánicas incluyen proteínas, aminoácidos y azúcares aminados. Sin embargo, lasformas químicas identificadas representan sólo un 30-35% del total del N orgánico del suelo.El resto, entre un 70 a 75% del N orgánico, está en estructuras químicas complejas que aún nose han podido identificar.


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Tabla 1. Distribución del N en los cuatro estratos de la Tierra.

Estrato T de NLitósfera 1.636 x 1011

Rocas í neasa corteza 1.0 x 109

b manto 1.62 x 1011

Núcleo de la tierra 1.3 x 108

Sedimentos fósiles 3.5 - 5.5 x 108

Carbón 1.0 x 105

Com uestos or ánicos del fondo del mar 5.4 x 105

Suelosa materia or ánica 2.2 x 105

b NH4+ fi ado en arcillas 2.0 x 104

Atmósfera 3.86 x 10

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Hidrósfera 2.3 x 107

Biósfera 2.8 x 105Tg = terogramo = 1012 o 1 millón de toneladas métricas. Estimaciones de Stevenson (1965), Burns y

Hardy (1975) y Söderlund y Svensson (1976). Fuente: Stevenson, 1982.

A pesar de que el N es uno de los elementos más comunes del planeta, es también elnutriente que más frecuentemente limita la producción de los cultivos. Esto se debe a que lamolécula de N2 (N≡ N) es inerte, con una gran estabilidad conferida por su triple enlace. Elnombre de este elemento en idioma francés, “azote”, significa “sin vida”, debido a que las plantas son incapaces de asimilar N2 directamente. En forma natural, el N del aire puedellegar a la planta a través de dos mecanismos principales: transferido por las bacterias que

previamente lo han fijado simbiótica o asimbióticamente, o disuelto en el agua de lluvia. Lacantidad de N transferido a las plantas proveniente de la fijación simbiótica es variable, delorden de 50 a 70 kg. ha-1. año -1, mientras que la cantidad de N aportada por la fijación nosimbiótica y las lluvias oscila entre 10 y 20 kg. ha-1. año-1.

El N presente en el suelo bajo formas orgánicas tampoco está disponible como tal paralas plantas, sino que para ser absorbido tiene que pasar a formas inorgánicas. El N inorgánicorepresenta un 2% del N total del suelo, encontrándose en formas de nitrato (NO3

-), amonio(NH4

+) y nitrito (NO2-). Estas formas inorgánicas son transitorias en el suelo, por lo cual las

cantidades de N inorgánico del suelo son extremadamente variables, pudiendo existir desdeunos pocos gramos hasta más de 100 kg. ha-1 de N. Debido a que ésta es la forma en que el N

es absorbido por las plantas, el N inorgánico es muy importante para la nutrición vegetal.

Por lo tanto, se puede decir que en la naturaleza existe una relación inversa entre lacantidad y la disponibilidad para las plantas de las distintas formas de N. Sin embargo, la bajadisponibilidad del N orgánico del suelo asegura la existencia de una fuente de reserva de esenutriente para la planta.


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A diferencia del P y K, la dinámica del N en el suelo no está regulada por un equilibrioquímico, sino principalmente por procesos biológicos, derivados de la actividad microbiana

del suelo que afectan sobre todo a las formas minerales y a las formas orgánicas de reserva.Ejemplos de estos procesos son la mineralización, nitrificación, amonificación,desnitrificación, etc.

Debido a que la mayoría del N del suelo es orgánico, existe siempre una estrechaasociación entre los contenidos de materia orgánica del suelo (MOS) y de N total del suelo. Enla discusión siguiente, se pueden considerar como sinónimos los términos MOS y N total.

1) Factores que afectan el contenido total de N del suelo

a) Clima y vegetación

El clima, actuando a través de la temperatura y la humedad, junto con el tipo devegetación, determinan la cantidad de N de suelos que nunca han sido laboreados.

Estudios realizados en 1930 por Jenny (citados por Stevenson, 1982), muestran larelación existente entre estas variables para transectas Norte-Sur de cuatro regiones climáticasdel centro de EEUU (Figura 1). En cada región el nivel de humedad es similar, pero latemperatura media anual aumenta hacia el sur.

El efecto de la temperatura en las distintas regiones fue similar; el contenido de N delos suelos bajó entre un tercio a la mitad por cada aumento de 10 ºC. Este resultado se debe aque la temperatura afecta de modo diferencial la actividad de los microorganismos y de las

plantas:

• En climas donde la temperatura es baja, la actividad de los microorganismos esescasa y, por lo tanto, la velocidad de descomposición de los restos y de la materiaorgánica también es muy baja. Además, la temperatura mínima para el crecimientode las plantas es menor que para el crecimiento de los microorganismos. Por lotanto, con temperaturas bajas se reciente más la actividad microbiana que laactividad fotosintética de las plantas.

• Al aumentar la temperatura, como sucede al acercarse a la región tropical, laactividad microbiana aumenta más rápidamente que la actividad fotosintética de las

plantas. En casos extremos, como ocurre en algunos suelos tropicales de selva, prácticamente todo el N del sistema suelo-planta está formando parte de tejidosvivos, ya que los restos frescos que caen sobre la superficie sufren una rápidatransformación. Como resultado, estos suelos acumulan poca materia orgánica.


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Por otra parte, al aumentar la humedad de los suelos, aumenta la velocidad decrecimiento vegetal, y con esto la tasa de producción de materia seca. Por esto, cuando se

compara el contenido de N del suelo de las distintas regiones, se observa que el aumento delos niveles hídricos del suelo se corresponde con un aumento del contenido de N total delsuelo (Figura 1).

En condiciones de exceso de humedad (suelos inundados) disminuye más la actividadmicrobiológica que la velocidad de producción de material vegetal. Una situación extrema seda en suelos permanentemente inundados, donde la descomposición de los restos frescos se vemuy reducida, produciendo lo que se conoce como suelos de turba.

El tipo de vegetación también influye. Como se observa en la Figura 1, para unrégimen climático determinado y una temperatura dada, el contenido de N total del suelo es

mayor en suelos desarrollados bajo praderas que en aquellos desarrollados bajo bosque. Estose debe a que bajo vegetación de bosque los restos vegetales son depositados en su mayoría enla superficie del suelo. En cambio, en los suelos desarrollados bajo pradera una proporciónimportante de la materia vegetal está formada por raíces, que cuando mueren permanecen yson descompuestas dentro del suelo. A su vez, en los suelos de pradera la mayor parte de lasraíces se encuentran en los primeros centímetros del suelo.

b) Efectos locales

TopografíaSegún el grado de la pendiente, se desarrollan suelos con distintos contenidos de

materia orgánica. En general, los suelos desarrollados sobre superficies planas y bajas presentan mayores contenidos de materia orgánica que aquellos desarrollados sobre pendientes pronunciadas.

Orientación de la pendienteEn el Hemisferio Sur, los suelos orientados hacia el Norte, que reciben niveles mayores

de radiación solar, tienden a presentar mayores contenidos de MO que los suelos orientados enotras direcciones.

Tipo de suelo

Los distintos tipos de suelos presentan, en su condición natural, diferentes contenidosde N total. Las cantidades de N total presentes en los distintos suelos pueden estimarse a partir del contenido de MOS. Por ejemplo, en los primeros 20-cm de un Vertisol con 8% de MOS,de un Brunosol con 5% de MOS, y de un Luvisol con 2% de MOS, existirían respectivamente11.0, 7.0 y 2.8 ton.ha-1 de N total. Estos cálculos son aproximados; en los mismos se asume unvalor de densidad aparente de 1.2, un contenido de C del humus de 58%, y una relación C/Ndel humus de 10/1.


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Figura 1. Relación entre el contenido promedio de N total del suelo y la temperaturapromedio anual a lo largo de transectas N-S para las regiones semiáridas,semihúmedas y húmedas del centro de EEUU (adaptado de Jenny, 1930).

Los distintos tipos de suelos no sólo difieren en su contenido total de MOS, sinotambién en su distribución en profundidad. Como se observa en la Figura 2, en el caso delVertisol y del Brunosol, la MOS presente en el Horizonte A disminuye gradualmente con la profundidad, aunque esta disminución es más rápida para el Brunosol. En cambio en elLuvisol, un suelo arenoso, la distribución es más homogénea en todo el perfil.


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c) Material madreEl efecto principal de este factor es a través de la influencia de la textura; al aumentar

el contenido de arcilla del material madre también aumenta el contenido de C orgánico de lossuelos, el cual está relacionado estrechamente con el contenido de N del mismo (Figura 3).Este efecto se debe a que la fijación de sustancias húmicas en complejos órgano-mineralesayuda a preservar la MOS. A su vez, el tipo de arcilla también influye; los suelos con predominancia de arcilla montmorillonítica (smectítica) tienden a tener contenidos de MOSmayores que los suelos con predominancia de illita (arcillas micáceas), debido a que los primeros tienen una mayor capacidad de absorción de moléculas orgánicas.

d) ManejoEl contenido de MOS puede cambiar drásticamente debido al manejo, como por

ejemplo, cuando se pasa de una situación de campo natural a una situación de laboreo. Cuando

se laborea un suelo, aumenta la superficie específica del mismo que se expone al ataquemicrobiano, y aumentan también la aireación y la tasa de mineralización de la MOS. Además,con el laboreo aumenta también el riesgo de erosión, ya que ocurre una pérdida preferencial delas fracciones más finas de los primeros centímetros del suelo. Estas fracciones songeneralmente las más ricas en MO. Con la cosecha del producto agropecuario tambiénaumenta la extracción del N del suelo. Todo esto ocasiona que el contenido de MO y de Ntotal del suelo disminuya con los años de agricultura (Figura 4). Esta disminución es másmarcada en los sistemas tradicionales de agricultura continua.


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

P r o

f u n

d i d a

d ( c m

)

0

20

40

60

80

100

MOS(%)

Vertisol

Luvisol Brunosol

Figura 2. Contenido de la MOS en función de la profundidad en 3 tipos de suelos delUruguay. Información adaptada de “Los Suelos del Uruguay” del Ing. Agr.Artigas Durán


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y = 0,0812x + 0,296

R 2 = 0,627

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0 10 20 30 40 50 60

ARCILLA, %

C O R G A N I C O ,

%

Figura 3. Relación entre el contenido de carbono orgánico del suelo y el contenido dearcilla de varios suelos del Uruguay. Se incluyen datos de Vertisoles,Brunosoles, Argisoles, Planosoles, Luvisoles y Acrisoles. Información nopublicada, cedida por Artigas Durán.


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Figura 4. Evolución del contenido de materia orgánica de la capa arable de un BrunosolÉutrico/Subéutrico Típico, bajo agricultura permanente sin fertilización(Castro y Díaz). Adaptado de Miscelánea 24. CIAAB, 1980.

En sistemas de rotaciones de cultivos y pasturas o de siembra directa, este proceso de

pérdida de MOS con el laboreo se enlentece, pudiendo incluso llegar a revertirse. En Uruguay,trabajos realizados desde 1963 en la Estación Experimental La Estanzuela han comprobado elefecto positivo de la inclusión de pasturas sobre el contenido de MOS en relación a suelos bajocultivo continuo (Figura 5).


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Años

1 2 3 4 1 2 3 4

N

( % )

0.150

0.175

0.200

0.225

0.250

CULTIVOS PASTURA

Figura 5. Evolución promedio del contenido de N total del suelo para una rotación deuna pastura mixta de gramíneas y leguminosas y un cultivo de grano para tresciclos de rotación. Adaptado de Díaz, R. Revista de INIA. InvestigacionesAgronómicas Nº1. 1992. Tomo 1.

Ensayos de muy largo plazo realizados en otros países han demostrado que los cambios

en el contenido de MOS provocados por variaciones en el manejo son mayores al principio, yluego estos se producen a tasas cada vez menores, hasta que, a partir de cierto momento setornan constantes. En suelos de regiones agrícolas, los mecanismos de estabilidad de la MOSexplican el hecho de que, independientemente del manejo, el contenido final de N total delsuelo nunca sea cero.


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Un ejemplo de experimentos de larga duración son los realizados en la EstaciónExperimental de Rothamsted, Inglaterra (Figura 6).

Figura 6. Evolución del contenido de N de los primeros 20-cm de un suelo cultivado concebada en forma continua desde 1852 en la Estación Experimental deRothamsted. Stevenson, 1982.

Previo a la iniciación de estos experimentos en 1852, los suelos de esa zona habíanestado bajo agricultura continua durante muchos años y su contenido de materia orgánica eraestable. A partir de este momento, los suelos comenzaron a recibir anualmente 35 ton.ha-1 deabono orgánico, siendo cultivados continuamente con cebada. En 1951, luego de 100 años deaplicaciones continuas de estiércol, el suelo había aumentado su contenido de N orgánico de 4a 8 ton.ha-1. En una parte de este experimento se agregó estiércol solamente durante 20 años


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(hasta 1871), logrando aumentar en 1 ton. ha-1 su contenido de N. En 1951, el contenido deMOS había disminuido nuevamente a los niveles iniciales de 1852. El contenido de MO del

testigo permaneció prácticamente constante, sugiriendo que bajo ese manejo ya se habíallegado a un nivel de equilibrio.


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2. BALANCE DE N

En sistemas naturales que no han sido alterados por el hombre la mayoría del Ninorgánico que toman las plantas deriva del N de la MOS. El contenido de MOS de un sistemanatural determinado tiende a permanecer relativamente constante, y el nivel de equilibrio alque se llega depende del clima, del tipo de suelo y del tipo de cobertura vegetal. Cuando esesistema es alterado por el hombre, el nivel de MOS generalmente cambia. Estos cambiosocurren en forma más rápida al principio, y luego se enlentecen, llegando finalmente a unnuevo equilibrio. El nivel final de equilibrio al que se llega depende del manejo que se hayaestablecido en ese suelo. Los cambios en el contenido de N del suelo al cambiar el manejo deuna situación determinada ocurren porque se cambia el balance de mecanismos de pérdida yganancia de N del suelo.

Los principales mecanismos de ganancia de N son: a) N aportado con las lluvias; b) N proveniente de la fijación no simbiótica; c) N proveniente de la fijación simbiótica; d) Naportado por los fertilizantes y abonos orgánicos; e) N proveniente del proceso demineralización a partir de restos frescos (vegetales y animales).

Los principales mecanismos de pérdida de N son: a) N extraído por los cultivos y losanimales - aunque este es el objetivo de la actividad agrícola, es también la principal forma desalida de N del sistema; b) inmovilización c) desnitrificación; d) volatilización; e) lixiviación;f) erosión.

I. MECANISMOS DE GANANCIA DE N

A. APORTE DE N CON LAS LLUVIAS

Los aportes de N por las lluvias son de escasa relevancia en la producción agrícola. Enregiones desérticas se estima que las cantidades de N aportadas por este mecanismo son delorden de 5 kg. ha-1. año, mientras que en zonas de intensa actividad industrial podrían ser hasta de 30 kg. ha-1. año. Las principales formas de N aportadas por las precipitaciones son NH3, NO3, NO2, N2O. La mayor parte de estos compuestos de N son producidos en el suelo, pasan a la atmósfera por procesos como volatilización y desnitrificación, y vuelven a caer con

la lluvia en sitios cercanos a su lugar de origen. Parte del NO3- que vuelve con la lluvia es producido por descargas eléctricas que ocurren en la atmósfera. Sin embargo, en términosglobales la mayoría del N que vuelve al suelo con las lluvias proviene del N liberado durantela quema de combustibles fósiles y bosques, y en menor medida de la actividad volcánica(Lewis, 1993). Esto explica la tendencia creciente en las cantidades de N aportadas por estemecanismo en años recientes.


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B. FIJACIÓN NO SIMBIÓTICA

La fijación no simbiótica de N en el suelo puede ser realizada por microorganismostales como bacterias de vida libre y algas azul-verde. Aunque no existen dudas de que algo defijación no simbiótica siempre ocurre en el campo, existen escasas referencias de su magnitud.Los reportes más frecuentes provienen de regiones de clima tropical, donde por ejemplo en elcultivo de arroz las algas azul-verde (Nostoc y Anabaena) pueden fijar hasta 50 kg. ha -1.año-1

de N.

C. FIJACIÓN SIMBIÓTICA

El N proveniente de la fijación simbiótica entre especies de leguminosas y bacterias

fijadoras de N es particularmente importante en la producción agropecuaria de nuestro país,donde se realizan rotaciones de cultivos con praderas mezclas de leguminosas y gramíneas, lascuales generalmente permanecen en producción por tres o cuatro años. Gran parte del N queutiliza la mezcla es obtenido del proceso de fijación simbiótica llevado a cabo por la actividadde la bacteria Rhizobium en los nódulos de las raíces de leguminosas como alfalfa, tréboles ylotus. En Uruguay, la cantidad de N que pueden fijar las pasturas mezclas en su segundo añode producción puede ser de hasta 300 kg. ha-1 año-1(Mallarino et al, 1990). En una rotación decultivos y pasturas, el N fijado por las leguminosas puede ser utilizado luego por los cultivossiguientes. En Nueva Zelandia, donde la producción agrícola está basada principalmente en pasturas, la fijación simbiótica constituye el principal mecanismo de entrada de N al sistemasuelo-planta.

D. FERTILIZANTES INORGÁNICOS Y ABONOS ORGÁNICOS

Para lograr altos rendimientos y hacer rentable la actividad agropecuaria los cultivosrequieren de un buen suministro de N. Si el suelo no es capaz de aportar todo el N quedemanda el cultivo, es posible suministrar parte de éste como fertilizante. Estos fertilizantes pueden originarse en procesos de síntesis química (sintetizados por el hombre) o provenir defuentes orgánicos (por ejemplo, estiércol). Actualmente, los fertilizantes de origen químicoconstituyen una fuente importante de N en muchos sistemas agrícolas.

E. MINERALIZACIÓN DE N

El término mineralización se usa normalmente para describir la transformación de Norgánico en N inorgánico, ya sea este en forma de NH4

+ o NO3- (Black, 1975, Pilbeam et al.,

1993, etc.). El término amonificación se usa generalmente para describir específicamente el pasaje de N orgánico a NH4

+ (Ladd and Jackson, 1982). Otros autores, en cambio, emplean el


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término mineralización para referirse sólo al pasaje de N orgánico a NH4+ (Jansson y Persson,

1982). Esto se debe en parte a que el NH4+ es la forma de N inmovilizada preferentemente por

los microorganismos, a la conexión íntima que existe entre los procesos de mineralización einmovilización de N y a que el proceso de mineralización hasta NH 4+ es realizado por los

microorganismos heterótrofos del suelo, los cuales utilizan sustancias orgánicas carbonadascomo fuente de energía. En este texto se ha preferido usar esta última acepción.

N Org. NH4+

Mineralización

El pasaje de N orgánico a NH4+ involucra dos reacciones, aminización y

amonificación, llevadas a cabo por una gran variedad de microorganismos no especializados,incluyendo bacterias aeróbicas y anaeróbicas, hongos y actinomicetes. Es, además un procesolento, comparado con el resto de las transformaciones que sufre el N hasta llegar a NO 3-.

N Org. Aminas

Aminización

NH4+

Amonificación

La etapa de aminización, la cual comprende la ruptura de las proteínas es realizada por bacterias y hongos heterótrofos. Las bacterias predominan en condiciones de pH neutro oalcalino, mientras que en condiciones de pH ácidas los primeros en atacar las proteínas son loshongos. En este proceso las proteínas son transformadas a aminas, aminoácidos y urea,

procesos que se pueden esquematizar de la siguiente manera (Tisdale et al., 1993):

Proteínas

Aminoacidos Aminas Urea

R-C-COOH + R-NH2

+ C=O + CO2+ energía

NH2

H

NH2

NH2

Hongos

Bacterias

En la etapa de amonificación, las aminas y los aminoácidos son descompuestos por otros micoorganismos heterótrofos, los cuales liberan NH4

+. Las reacciones serían:


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R-NH2

+ H20 NH

3 + R-OH + energía

+ H20

NH4+ + 0H-

2) Factores que afectan la tasa de mineralización

Algunos de los factores que más inciden en la tasa de mineralización son la humedad ytemperatura del suelo, aunque existen otras condiciones que también influyen como puedenser las propiedades físicas y químicas del suelo, las prácticas de manejo o la presencia de otrosnutrientes (Campbell, 1978). Debido a esta multiplicidad de factores, es de resaltar que en elcampo raramente se dan todas las condiciones para que ocurra una óptima mineralización.Debido también a los numerosos factores que la afectan, los suelos difieren enormemente ensu capacidad de mineralizar N.

a) Humedad del suelo.

La mineralización es muy baja en suelos secos, pero aumenta rápidamente cuando elcontenido de agua en el suelo también aumenta. Por ejemplo Alexander, 1980, encontró que lacantidad de N inorgánico acumulada en el suelo aumentó de 15 a 80 ppm de N cuando elcontenido de agua del suelo pasó de 10 a 30% en un período de sólo dos semanas. Comparadacon la producción de NO3-, la amonificación es menos dependiente de la humedad del suelo,ya que ésta es realizada por muchas clases de microorganismos, tanto aeróbicos comoanaeróbicos, mientras que la nitrificación ocurre en un rango de contenido de agua másestrecho. Esto determina que el proceso de mineralización ocurra tanto en condiciones desuelos con contenidos de agua moderados hasta muy altos, e inclusive en condiciones deanegamiento. Sin embargo, bajo condiciones anaeróbicas el NH4

+ producido tiende aacumularse, ya que se reducen los requerimientos de N de los microorganismos de los suelos(Rice y Havlin, 1974).

b) Temperatura

La mineralización de N es muy reducida a bajas temperaturas porque se limita laactividad de los microorganismos, sucediendo lo mismo a temperaturas muy elevadas. Sinembargo, debido a que la mayoría de los microorganismos que realizan este proceso sontermófilos, el rango óptimo de temperatura para la mineralización se produce entre 40 y 60 ºC. Durante el proceso Durante el proceso de compostaje, en el cual se produce mineralización,


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la temperatura aumenta hasta los 65 º C. Esto puede ser comprobado fácilmente acercando lamano a este material.

c) Alternancia de secado y humedecimiento

El proceso de expansión y contracción de los suelos a causa de la alternancia de períodos de secado y humedecimiento produce ruptura en los microagregados del suelo, locual aumenta la superficie específica expuesta a la acción de los microorganismos. Esto lleva aque se "desestabilice" la MOS y, por lo tanto, aumenta la velocidad de mineralización. . Ennuestro país, este proceso tiene importancia principalmente en los meses de verano, donde esfrecuente que luego de una seca prolongada, los suelos y las plantas concentren cantidadesimportantes de N mineral. Estas concentraciones de N en los tejidos vegetales pueden incluso producir intoxicación de vacunos con NO3

-.

d) Reacción del suelo

Como la flora capaz de mineralizar es muy amplia, no existe un pH óptimo definido para este proceso. Sin embargo, el pH del suelo puede incidir en la tasa de mineralización del N. Aunque existen reportes contradictorios, se ha encontrado por ejemplo, que la tasa demineralización aumenta cuando se encalan suelos ácidos (Black, 1975).

e) Micorrizas

La asociación simbiótica de algunas plantas como por ejemplo, las coníferas, conhongos ayudan a un mejor aprovechamiento del N del suelo. Los hongos micorríticos

mineralizan el N orgánico, lo absorben y luego los transfieren a la planta, de la que se benefician con fotosintatos.

3) Caminos del NH4+

El NH4+ producido en la mineralización tiene varios caminos a seguir: a) puede ser

utilizado por microorganismos heterotróficos para descomponer más residuos orgánicoscarbonados –proceso denominado “inmovilización”; b) puede ser absorbido directamente por las plantas superiores; c) puede ser convertido a NO2

- y NO3- por nitrificación; d) puede ser

fijado por minerales arcillosos; e) puede ser liberado lentamente hacia la atmósfera como N 2.

F. INMOVILIZACIÓN DE N

Se denomina inmovilización al proceso opuesto a la mineralización. Es latransformación de N inorgánico (NH4

+, NO2- o NO3

-) del suelo en N orgánico, realizada por los microorganismos cuando absorben N mineral y lo transforman en el N constituyente de suscélulas y tejidos.


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G. MINERALIZACIÓN – INMOVILIZACIÓN: EFECTO NETO

Es de hacer notar que los procesos de mineralización e inmovilización actúan al mismotiempo, determinando lo que en este texto se denomina ciclo de mineralización einmovilización (CMI), o mineralization-immobilization turnover (MIT) en inglés (Jansson yPersson, 1982).

mineralización bruta

N-orgánico

inmovilización bruta

NH4+

Cada uno de estos procesos ocurre a una cierta tasa bruta, y la diferencia entre ellosresultará en un efecto neto. Cuando la cantidad de N mineral en el suelo aumenta, ocurremineralización neta. En cambio, cuando se retira N mineral ya existente en el suelo, ocurreinmovilización neta. Este efecto neto es muy importante, pues determina la cantidad de Nmineral disponible para las plantas no fijadoras de N en casos en que no se fertilice con estenutriente. Debido a que la actividad básica de los organismos heterótrofos es la disipación deenergía, la mineralización neta es la reacción normal y dominante. Sin embargo, el efecto netoserá siempre menor que la mineralización bruta (Jansson y Persson, 1982).

1) Factores que determinan el efecto neto: mineralización e inmovilización

A igualdad de condiciones climáticas, el efecto neto del CMI y su magnitud dependedel tipo y de la cantidad de residuo que se esté descomponiendo (Barraclough et al, 1998).Estos factores permitirán conocer cuanto N se mineraliza o se inmoviliza a partir de unrastrojo.

a) Tipo de residuo

Para entender el efecto del tipo de residuo sobre el CMI es necesario definir primero loque se conoce como el ciclo heterotrófico del N en el suelo (Jansson y Persson, 1982). Elnombre de este ciclo deriva del hecho de que el mismo está determinado por la acción de losmicroorganismos heterótrofos, o sea microorganismos que obtienen energía degradandoestructuras orgánicas muertas produciendo NH4

+ y CO2. Cabe aclarar que si bien losmicroorganismos utilizan preferentemente NH4

+ como fuente de N mineral para formar sustejidos esa preferencia no es total, ya que en ausencia de NH4

+ los microorganismos utilizantambién NO3

-. Algunos microorganismos son capaces, inclusive, de usar sustancias orgánicas


23/74

19

(péptidos, aminoácidos, etc.) como fuente de N (Barraclough et al, 1998). En este ciclointervienen tres "pools" o reservóreos de N en el suelo:

• N en la biomasa microbiana (N-micro),• N en restos orgánicos muertos (N-restos)• N mineral (NH4

+)

Estos pools están conectados entre sí por los procesos de mineralización einmovilización. En cada "giro" del ciclo, parte del NH4

+ es inmovilizado formando nuevotejido microbiano (Figura 7).

N en Restos NH4+

CO2

N-Flora

Heterotrófica

Mineralización

I n m o v i l i z a

c i ó n

Figura 7. Esquema del ciclo de mineralización-inmovilización de N de un resto vegetal.

Como consecuencia de este proceso, a medida que este ciclo "gira" el resto vegetal quese está descomponiendo se enriquece cada vez más en N y se empobrece en C, por lo que larelación C/N disminuye hasta que ésta alcanza la relación C/N del tejido microbiano, la cualen promedio es cercano a 10/1 (Figura 8). En este punto, se puede considerar que todo elresiduo vegetal ha sido descompuesto. Una parte del C y N de éste pasa a formar tejidomicrobiano y otra parte es mineralizado como CO2 y NH4

+.


24/74

20

0

10

20

30

40

50

0 30 60 90 120días

R e

l C / N

0

1

2

3

4

5

% N

Rel. C/N

%N

Figura 8. Cambios en el contenido de N y la relación C/N durante la descomposición deun rastrojo de cebada. Hende, A. van den et al, citados por Alexander, 1980.

El agregado de materia orgánica descomponible suministra energía (E) y N para este proceso, por lo que la relación E/N del resto que se está descomponiendo determina el efectoneto. Los compuestos orgánicos sin N (carbohidratos y lípidos) sólo aportan energía yaumentan el crecimiento microbiano siempre que exista una reserva de N mineral en el poolinorgánico. Si existe deficiencia de N inorgánico, los microorganismos limitan sus actividadesy el ciclo se enlentece. Por lo tanto, la "dieta" apropiada para los microorganismos del sueloserá una mezcla de residuos con N y sin N, de tal manera que no exista un cambio neto en el Ninorgánico del sistema (Jansson y Persson , 1982).

En condiciones prácticas, sin embargo, la relación E/N no es usada normalmente paracaracterizar los residuos orgánicos el suelo. En su lugar se usa la relación C/N, estimándoseque la relación óptima de este índice es de aproximadamente 25. Relaciones C/N mayores a33/1 generalmente van a producir una inmovilización neta de N, relaciones C/N menores a15/1 van, en cambio, a liberar N mineral al sistema, produciendo una mineralización neta.Debe tenerse en cuenta que la relación C/N es sólo una aproximación del parámetro realmenteimportante: la relación E/N. Las ligninas, por ejemplo, tienen relaciones C/N altas y sinembargo, debido a su complicada estructura son de difícil descomposición, resultando ser muy pobres como fuentes de energía para la mayoría de los microorganismos, no causando por lotanto una inmovilización importante de N.

b) Cantidad de residuo

El efecto neto de la descomposición de un resto orgánico puede ser cuantificado enforma aproximada si se conoce el dato del contenido de N del rastrojo (ya sea el % de N o surelación C/N) al momento de su incorporación en el suelo, y de la cantidad total de rastrojo.


25/74

21

Para esto es necesario asumir que:

• Los tasa de mineralización de restos de cultivos incorporados al suelo varía entre el50 y el 100% anual.• El porcentaje de C de restos vegetales es cercano al 40%, y no presenta grandes

variaciones entre especies.• Cuando un residuo orgánico es descompuesto, aproximadamente 2/3 de su C es

eliminado como CO2 debido a la respiración efectuada por los microorganismos. Eltercio restante es inmovilizado por éstos para formar más tejido microbiano.

• Los microorganismos heterótroficos tienen una relación C/N cercana a 10/1.

Supongamos que un rastrojo de gramínea madura tiene al momento de suincorporación al suelo aproximadamente 5.000 kg. ha-1 de materia seca (MS). Esto equivale a

2.000 kg.ha-1

de C orgánico. Un tercio de este C, o sea aproximadamente 600 kg.ha-1

, esincorporado en la biomasa microbiana. Asumamos que la relación C/N del rastrojo es de 80/1(0.5%N). Los microorganismos van a necesitar 60 kg.ha-1 de N para incorporar en su tejido elC no respirado del rastrojo. Sin embargo, el rastrojo tiene en su tejido solamente 2.000/80, osea 25 kg.ha-1 de N. La diferencia entre los 25 kg.ha-1 N que tiene el rastrojo y los 60 kg.ha-1

que requieren los microorganismos es la inmovilización neta, o sea 35 kg.ha -1 de N. Encambio, este mismo cálculo realizado para una cantidad similar de MS de leguminosa con unarelación C/N de 16/1 (2.5% de N), resultará en una mineralización neta de 65 kg.ha-1 de N(Figura 9).

2) Relación entre el CMI y la formación de humus del sueloCuando un resto vegetal está siendo atacado por los microorganismos, parte de su C y

de su N pasan a formar tejido microbiano, por lo cual ese resto vegetal se va enriqueciendo en N y empobreciéndose en C. Sin embargo, ese resto nunca es totalmente mineralizado, sino quees transformado biológicamente en estructuras químicas más complejas (polimerización) delenta mineralización. A su vez, al morir los microorganismos parte del tejido microbianoadquiere mecanismos de estabilidad. El origen microbiano del humus se evidencia también enque la relación C/N de los microorganismos es muy cercana a la relación C/N del humus(10/1).


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22

60 kg/ha N

asimilado

Trigo

5.000 kg/ha MS

%N = 0.5

C/N = 80 / 1

Alfalfa

5.000 kg/ha MS

%N = 3.0

C/N = 13 / 1

30% C

asimilado

25 kg/ha N 2.000 kg/ha C

600 kg/ha C

asimilado60 kg/ha N

asimilado

30% C

asimilado

150 kg/ha N 2.000 kg/ha C

90 kg/ha NMineralización

Neta

600 kg/ha C

asimilado

35 kg/ha NInmovilización

Neta

Tejido

microbiano Tejido

microbiano

10/1≅Rel. C/N humus

Rel. C/N microorg. 10/1≅

Figura 9. Esquema del proceso de mineralización de dos restos con diferente relaciónC/N.

Stevenson, 1982, afirma que si bien una parte del N recientemente inmovilizado esliberado en el corto plazo a formas minerales disponibles para las plantas, el resto permaneceen forma orgánica. En una revisión sobre el tema, este autor cita trabajos que muestran que

luego de aplicado al suelo, parte del fertilizante-N pasa rápidamente a forma orgánica. En unode estos trabajos citados, 1/3 del N aplicado se encontraba al final de la estación decrecimiento como N-orgánico. Cuatro años más tarde todavía 1/6 del N inicialmente aplicadose encontraba como N-orgánico y tenía una composición química esencialmente similar alhumus del suelo. Este autor concluye que una parte importante del N aplicado al suelo permanece en forma orgánica por varias décadas. Legg y Meisinger, 1982, llegan aconclusiones similares, haciendo notar la rápida estabilización que sufre el N aplicado una vezque éste es convertido en formas orgánicas.

Green, 1995, trabajando con fertilizante marcado con 15 N, encontró que luego deagregar un rastrojo con una alta relación C/N, el N derivado del fertilizante fue inmovilizado

rápidamente y permaneció así al menos durante todo el período de incubación (Figura 10). Elaumento observado en la concentración total de NO3- (marcado y no marcado) se debió a la

mineralización de N del suelo, pero éste no provino, al menos preferentemente, del Nrecientemente inmovilizado. Cuando no se agregó fertilizante N, todo el N mineralizado fueusado por los microorganismos para descomponer el rastrojo, y por lo tanto la concentraciónde NO3

- del suelo permaneció a niveles menores que en el caso anterior.


27/74

23

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0

10

20

30

40

50

60

70

NO3- total (marcado y no marcado)

NO3- marcado

NO3- no marcado

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Sin agregado de N marcadoCon agregado de N marcado

Tiempo de descomposición (días)

C o n c e n t r a c i ó n d e N O

3 - ( m g N

k g

- 1 )

Figura 10. Cambios en el contenido de NO3- del suelo luego de la incorporación de un

rastrojo con una alta relación C/N con y sin agregado de fertilizante-N. Elrastrojo y el fertilizante-N marcado con 15N fueron incorporados el día 0.Adaptado de Green y Blackmer, 1994.

Debido a su lenta mineralización, las sustancias "húmicas" se acumulan con el tiempoen el suelo. Desde el punto de vista de su tasa de mineralización, estos compuestos están prácticamente excluidos del ciclo-H. Sin embargo, debido a la gran cantidad acumulada, estassustancias constituyen una fuente importante de E y N para los microorganismos (Jansson yPersson, 1982).

El balance neto del N contenido en el humus es siempre hacia una mineralización neta,o sea hacia una liberación de N mineral al suelo. Esto sería previsible, considerando el altocontenido de N del humus (6%) y su baja relación C/N (cercana a 10/1). Los mecanismos deestabilidad de este humus, sin embargo, determinan que la tasa a la cual se da este proceso sea baja. El siguiente cálculo permite visualizar este proceso.

Un suelo con 6 % de materia orgánica (MO), contiene aproximadamente 3,6% de Corgánico ya que el porcentaje de C orgánico del humus es siempre cercano al 60%. Se puedeestimar también que una hectárea de suelo hasta los 0,2 m de profundidad pesaaproximadamente 2,5 x 106 kg. De acuerdo con esto, el contenido de N en este suelo sería delorden de 9 x 103 kg.ha-1 de N. Si la MO de este suelo se mineraliza a una tasa del orden del1%, el N mineral liberado al sistema será del orden de 90 kg.ha-1 de N. Un cálculo similar muestra que un suelo con 1% de MO liberará al suelo unos 10 kg.ha-1 de N. Cabe resaltar queesta tasa de mineralización no siempre es constante. Los suelos "nuevos" tienen tasas demineralización mayores, ya que en estos suelos son más importantes las fracciones de humusrelativamente menos estables. En suelos "viejos" sucede lo contrario, ya que con los años delaboreo la tasa de mineralización del humus estable disminuye.


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24

Aunque el humus es siempre mucho más estable que los restos, el grado de estabilidad

del humus varía en los distintos suelos. En los suelos arenosos, el humus tiene menosmecanismos de estabilidad que en los suelos arcillosos. Por lo tanto, en estos suelos el humuses más atacado, pudiendo un suelo arenoso “nuevo” o “descansado” mineralizar anualmentehasta el 10% o más del N retenido en la MOS. Estos suelos, sin embargo, van a aportar N defuentes orgánicas sólo por un corto tiempo. (Figura 11). Así, en los suelos que tienen muchosaños de cultivo continuo, la fracción remanente de humus es mucho más resistente al ataquemicrobiano que en los suelos sin laboreo. Esto se debe a que durante el proceso demineralización, se produce una pérdida preferencial de las fracciones relativamente máslábiles.

0

50

100

0 5 10 15

Años luego de roturado

P r o

d . r e l a t i v a d e N m i n e r a l

Arcilloso

Arenoso

Figura 11. Esquema de la producción relativa anual de N mineral en dos tipos de suelobajo laboreo continuo.

Como resumen, se puede afirmar que las formas de N orgánico susceptibles de ser mineralizadas incluyen dos tipos de sustancias:

a) Sustancias con un alto grado de estabilidad

Es la MOS estabilizada o humus. Constituyen la mayor parte del N del suelo (miles dekilos), y se caracterizan por tener una relación C/N baja y relativamente constante (9/1-11/1).Sin embargo, estas sustancias se mineralizan lentamente, a una tasa que fluctúa entre el 1 y el3% anual.


29/74

25

Varios mecanismos han sido propuestos para explicar la resistencia de estas formas de N al ataque microbiano.

• Un primer mecanismo es la asociación de aminoácidos, péptidos y proteínas concompuestos como ligninas, taninos, quinonas. Verma et al, 1975, citados por Stevenson, 1982, demostraron la alta estabilidad de estos compuestos al unirse aanillos aromáticos.

• Un segundo mecanismo sugerido es la formación de complejos resistentes a laacción microbiológica, mediante la reacción química entre NH3 o NO2

- con ligninasy sustancias húmicas.

• Otra teoría propuesta es la adsorción de compuestos nitrogenados a minerales

arcillosos, lo cual impide su ataque por los microorganismos. Dicha asociaciónfísico-química de compuestos nitrogenados con arcillas (Demolón y Barbieri, 1929;Giesiking, 1939; Pink, Dyal y Allison, 1954; Ensminger y Giesiking, 1942) citados por Stevenson, 1982 explicaría además la tendencia al incremento de N del suelo(o de materia orgánica) cuando aumenta el contenido de arcilla en el mismo.

• También fue sugerido que se formarían complejos biológicamente estables cuandoreaccionan compuestos nitrogenados con cationes polivalentes tales como Fe, Al,etc. Por ejemplo, la alta estabilidad de la materia orgánica de los suelos alofánicosse debería a la unión del Al con las sustancias húmicas, que impediría la actividadde las enzimas.

• Otra teoría para explicar la estabilidad del N sugiere que parte del N orgánico seubicaría en microporos inaccesibles físicamente para los microorganismos.

En forma aislada, ninguna de estas teorías explica contundentemente la estabilidad del N en el suelo. Más bien se supone que estos mecanismos actúan conjuntamente, siendo posiblemente todos ellos responsables del alto grado de estabilidad del humus.

b) Restos orgánicos recientemente incorporados al suelo y en procesos iniciales dedescomposición

Las cantidades de N en esta forma son mucho menores que las cantidades presentes enla MOS estable o humus, pero este N es mucho más reactivo. Debido a que estos restos o"rastrojos" no tienen mecanismos de estabilidad, el efecto neto de aporte de N al suelodepende de su relación C/N. Con el tiempo, los restos de cultivos al sufrir continuos ciclos dedescomposición en el suelo, tienden a parecerse cada vez más al humus.


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26

Es de hacer notar que la diferencia entre humus y restos vegetales no es tan definida, pues siempre existen en el suelo sustancias con características intermedias. Por lo tanto,

durante todo el año se está mineralizando N de estas dos fuentes. En un suelo no fertilizado ysin agregado de estiércol, el contenido de N mineral en un momento dado va a depender del Naportado por estas dos fuentes. Esto se puede resumir en la siguiente figura.

Nen humus

N en

Restos NH4+

CO2

N-FloraHeterotrófica

Mineralización

I n m o v i l i z a

c i ó n

Figura 12. Esquema del ciclo de mineralización-inmovilización de N del humus y de unresto vegetal.

H. NITRIFICACIÓN

La nitrificación se define como el pasaje de NH4+ a NO3

-, el cual es realizado por ungrupo reducido de microorganismos autótrofos especializados (principalmente Nitrobacterias),que obtienen su energía (E) de este proceso oxidativo. Dicho proceso ocurre en dos etapas:

Primero se produce el pasaje de NH4+ a NO2

-, en donde intervienen bacterias delgénero Nitrosomonas.

2 NH4+ + 3 O2 => 2 NO2

- + 4 H+ + 2 H20 + E [1]

Luego este NO2- es convertido a NO3

- por bacterias del género Nitrobacter.

2 NO2- + 2 O2 => 2 NO3

- + E [2]


31/74

27

La reacción [2] es más rápida que la [1], y ambas reacciones son mucho más rápidasque la reacción de pasaje de N orgánico a NH4

+, por lo que el NO3- es la forma de N mineral

que normalmente se acumula en los suelos.Como se observa en la reacción [1], en el pasaje de NH4

+ a NO3- se libera H+, por lo

que en determinadas condiciones la nitrificación puede acidificar los suelos.

1) Factores que afectan la nitrificación

a) Presencia de oxígeno

Las nitrobacterias son microorganismos aerobios estrictos, por lo que en condicionesanaerobias este proceso se detiene, acumulándose NH4

+.

b) Temperatura

El rango óptimo para que se produzca la nitrificación es cercano a 30 º C.

c) pH

Estos microorganismos requieren también condiciones de pH de los suelos no muyextremas, con valores óptimos de pH entre 5,5 y 7,5. Si el pH es mayor a 7 se afecta más el pasaje de NO2

- a NO3-, mientras que cuando el pH es superior a 8 se afecta el pasaje de NH4

+ a NO2

-.

d) Concentraciones de NH4+

Concentraciones de NH4+ superiores a 3000 mg N kg suelo-1 pueden afectar el pasaje

de NH4+ a NO2

-, lo cual puede ocurrir cuando se fertiliza en bandas con dosis altas defertilizantes amoniacales.

e) Fumigación de los suelos

Muchos de los productos agregados al suelo en la agricultura moderna (herbicidas,fungicidas, pesticidas, insecticidas) pueden afectar el desarrollo de las bacterias nitrificadoras,las cuales parecen ser las más sensibles a estos productos químicos. Son especialmente

conocidos los efectos inhibitorios del disulfuro de carbono, bromuro de metilo y cloropicrin(Stevenson, 1982).

Debido a que normalmente los suelos presentan condiciones favorables para lanitrificación, la mayoría del NH4

+ producido en el suelo pasa a NO3-.


32/74

28

II. MECANISMOS DE PÉRDIDA DE N

A. PÉRDIDAS DE N A PARTIR DE NO3-

Desde el punto de vista agrícola y del medio ambiente, lo deseable sería que el NO3- de

cualquier origen (suelo, material orgánico agregado o fertilizante), fuera finalmente absorbido por las plantas. Sin embargo, esta forma de N mineral puede también perderse del sistemasuelo-planta. Los dos procesos de pérdida más importantes, el lavado y la desnitrificación,ocurren en condiciones de exceso de agua en los suelos. En nuestro país estas condiciones sonmás probables en el período otoño-invierno, especialmente cuando el suelo está en barbecho,ya que no existe un cultivo que pueda remover el NO3

- del suelo.

B. LIXIVIACIÓN O LAVADO

Debido a su carga negativa, el NO3- no es retenido por la fracción coloidal del suelo.

Por lo tanto, el agua que se mueve a través del mismo puede llevar consigo el NO3- hacia los

horizontes inferiores, proceso que se conoce como lixiviación o lavado.

El lavado es descripto generalmente asumiendo que el agua que entra al suelo desplazaal agua que estaba presente originalmente en la superficie y al soluto (NO3

-) disuelto en ella.De acuerdo con este modelo, el soluto inicialmente presente en el agua del suelo se muevehacia abajo, de la misma manera que el agua originalmente presente se mueve hacia abajo.

Este movimiento hacia abajo del soluto no se produce en forma homogénea, sino quesiempre existe cierta dispersión de soluto en el agua del suelo. Aunque al comienzo todo el NO3

- estuviera concentrado a la misma profundidad, por ejemplo en la superficie del suelo, alser arrastrado por el agua tiende a dispersarse en la misma. Por esto, generalmente ladistribución de la concentración de NO3

- con la profundidad tiene forma de campana. Estadispersión se produce debido al movimiento al azar de los iones de soluto en el agua, el mismofenómeno que explica la ósmosis. De todas maneras, siempre existe una zona de máximaconcentración de soluto, la cual ocurre cercana al frente de movimiento del agua.

Este "pico de concentración" se mueve más en profundidad con cada cantidad

adicional de agua que se agrega al suelo (Figura 13). De acuerdo con este modelo, elmovimiento en profundidad del NO3

- podría ser fácilmente detectado monitoreando la profundidad a la que se movió el frente. Sería de esperar, entonces, que cantidadesrelativamente pequeñas de NO3

- se perdieran de la zona radicular de un cultivo antes que el pico de concentración se hubiera movido suficientemente dentro de esta zona radicular (por ejemplo,1 m).


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29

NO3- (mg N kg-1suelo)

0 10 20 30 40

P r o f u n d i d a d ( c m )

120

100

80

60

40

20

0

1º Muestreo

2º Muestreo

Figura 13. Curvas teóricas del movimiento de NO3- en el suelo por convección-

dispersión: distribución de la concentración de NO3- en el perfil del suelo en dos

momentos de muestreo. El movimiento del pico de concentración enprofundidad fue causado por una lluvia.

Una distribución del NO3- en el perfil de suelo similar a esta distribución teórica es a

veces observada en muestreos de suelo realizados en nuestro país, especialmente durante el período otoño-invernal. Estas tendencias generalmente se observan más claramente en suelosen barbecho, ya que en estos no existe absorción de N por las plantas (Figura 14).


34/74

30

0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150

P r o

f . ( c m

)

Fechas

de muestreo:

0 30 60 90 120 1500

12

24

36

48

60

72

84

0 30 60 90 120 150mg N-NO3

-

kg

-1

suelo

18/1127/6 12/918/7

100 kg N /ha

agregados 53 mm lluvia

143 mm lluvia

Figura 14. Distribución de la concentración de NO3- en el perfil de un suelo en barbecho

en cuatro momentos de muestreo. El suelo era un Brunosol Eutrico Típico de laasociación Cañada Nieto. El N fue aplicado el 18/7 luego del muestreo. El datode lluvia en las dos últimas gráficas representa el total acumulado en el períodoentre dos muestreos. Perdomo, Casanova y Ciganda, 1996, no publicado.

Sin embargo, muchos estudios han mostrado que cantidades sustanciales de N marcado(15 N) pueden moverse en el suelo a profundidades mayores que lo esperado cuando se asumeque el movimiento es sólo por desplazamiento del soluto con limitada dispersión, tal como loasume el modelo de convección-dispersión. Estos resultados pueden ser explicados, encambio, considerando que cantidades sustanciales de agua se mueven preferentemente a través

de los macroporos del suelo (por ejemplo, fisuras, canales formados por raíces o gusanos, yotros espacios vacíos relativamente grandes en el suelo). Este movimiento preferencial puederesultar en una dispersión del soluto suficiente como para que una porción del solutooriginalmente presente en la superficie del suelo se mueva hacia abajo a distancias de unmetro o más antes que la mayor parte del soluto o el pico de concentración de éste se muevaapenas por debajo de los primeros centímetros. El movimiento preferencial de agua a través demacroporos es probablemente un factor importante que afecta el movimiento y el destino del N en los suelos.

1) Factores que afectan la lixiviación

a) Tipo de suelo

A igualdad de otras condiciones, el tipo de suelo afecta la magnitud de las pérdidas por lixiviación, siendo ésta mayor en suelos livianos. También es importante el grado dediferenciación textural de los suelos. La presencia de un horizonte Bt saturado reduce lavelocidad de pasaje de agua a través del perfil a casi cero, lo que obviamente reduce la posibilidad de lavado de NO3

-.


35/74

31

b) Humedad del suelo

En principio, es de esperar que para la misma cantidad de lluvia el lavado sea mayor en

un suelo previamente húmedo que en uno seco. Sin embargo, esta relación puede no ser tanclara, ya que en suelos de textura fina la velocidad de infiltración y la velocidad de pasaje delagua a través del suelo disminuye a medida que el contenido de agua del suelo aumenta. Ennuestro país, la mayoría de los suelos agrícolas son relativamente pesados y/o tienen unhorizonte Bt desarrollado, y la velocidad de pasaje del agua cuando estos suelos estánsaturados es lenta. Por lo tanto, y si bien no existen observaciones sistemáticas al respecto, es posible que en algunas condiciones las pérdidas por lavado sean mayores en suelosrelativamente secos, donde además es más probable que existan cantidades importantes de NO3

- acumulado.

c) Presencia de rastrojo en superficieLa presencia de rastrojo en superficie es otro factor importante, pues aumenta lacantidad de agua que infiltra en relación con la que escurre, por lo que aumenta la probabilidadde lavado.

d) Cultivo en crecimiento activo

La presencia de un cultivo creciendo activamente es un factor que reduce las pérdidas por desnitrificación debido, por un lado, a que el cultivo absorbe NO3

-, disminuyendo así laconcentración del soluto, y debido también a que absorbe agua, lo que provoca que menosagua pase a través del suelo.

e) Tipo de laboreo

En estudios realizados en otros países se ha observado que en los suelos bajo siembradirecta continua se incrementa el porcentaje de macroporos. Esto ocasiona un mayor lavado preferencial, y la lixiviación de NO3

- tiende a aumentar con respecto a condiciones bajolaboreo convencional. Un ejemplo de estas tendencias son los resultados obtenidos en suelos bajo cultivo de trigo por Sharpley y Smith, 1993, en una región de Oklahoma donde la lluvia promedio anual es del orden de 740 mm (Figura 15). Este aumento del lavado ocurre tanto para el NO3

- como para otras sustancias solubles en agua y poco adsorbidas al suelo. Encambio, en sistemas de siembra directa se reduce la erosión y el escurrimiento, y con esto se

reduce no solo la pérdida de suelo por erosión sino también la pérdida de otros nutrientesfuertemente adsorbidos al suelo, como por ejemplo el P.


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32

Año

84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

N O

3 -

( m g N L - 1 )

0

5

10

15

20

25

30

Trigo en siembra directa

Trigo Conventional

Graminea perenne

Figura 15. Evolución de la concentración de NO3- del agua subterránea de un suelo de

Oklahoma bajo tres condiciones de manejo. Información adaptada de Sharpleyy Smith, 1995.

C. DESNITRIFICACIÓN

La desnitrificación es un proceso de reducción biológica realizado en el suelo por ungran número de microorganismos anaerobios facultativos. En condiciones de anaerobiosisestos microorganismos utilizan el NO3

- y el NO2- en lugar de O2 como aceptores de electrones

(e-), produciendo dos formas gaseosas de N, N20 (óxido nitroso) y N2 (N molecular). Este proceso se puede expresar como:

NO3- + e- NO2

- + e- N20 (gas) + e- N2 (gas) [1]

Hauck, 1981, basándose en resultados de ensayos con 15 N estima que en promedio, del25 al 30% del N aplicado como fertilizante se pierde por este proceso.


37/74

33

1) Factores que afectan las pérdidas por desnitrificación

a) EnergíaEste proceso requiere un aporte de energía externa, expresada en la ecuación por el

suministro de electrones (e-). Esto significa que para que este proceso ocurra debe existir en elsuelo materia orgánica de fácil descomposición. Por esto, la tasa de desnitrificación tiende aser máxima en los horizontes superiores, donde se concentra la mayor parte de la MOS.

b) Temperatura

Al igual que ocurre con otros procesos biológicos, la tasa a la cual se produce este proceso aumenta con la temperatura. Las temperaturas mínimas citadas oscilan entre 2.7 y 10ºC, la máxima sería de alrededor de 75 ºC y la óptima cercana a los 65 ºC. (Firtestone, 1982).

En los distintos climas, sin embargo, estos microorganismos tienen distintos óptimos, lo quedemuestra que estos microorganismos son capaces de adaptarse y crecer en un amplio rangode temperaturas de suelo. Al respecto, se ha observado que en regiones templadas losmicroorganismos desnitrificadores pueden crecer a temperaturas menores que los de regionescálidas (Firestone, 1982).

En nuestro país algunos estudios preliminares sugieren que las temperaturas deinvierno no limitarían totalmente la desnitrificación. En ensayos de laboratorio, Perdomo yDodera, 1989, midieron la tasa de desaparición de NO3

- en muestras incubadas a distintastemperaturas. Para las muestras incubadas in situ en el suelo por dos días (temperaturas desuelo promedio de 11.5 º C), la tasa de desaparición de nitrato fue el 70% de la tasa máxima

(28 º C). Luego de dos días de incubación a 11.5 º C había desaparecido un 36% del NO3-

agregado, mientras que a los 7 días las pérdidas fueron totales.

c) Anaerobiosis

Las anaerobiosis se produce normalmente como consecuencia de anegamiento de lossuelos. Esto es más frecuente en suelos poco permeables con horizontes Bt muy pesados. Si bien el lavado y la desnitrificación pueden ocurrir simultáneamente, la desnitrificación seríamás importante en condiciones de agua estancada, cuando no existiría movimiento rápidohacia horizontes inferiores.

En nuestro país, un ejemplo de una situación productiva donde las pérdidas por desnitrificación pueden ser importantes es en el cultivo del arroz. Este cultivo se inunda a los30-45 días de sembrado en condiciones de temperatura relativamente altas (noviembre,diciembre). Por esto es inevitable que parte del NO3

- acumulado en el suelo se pierda por desnitrificación cierto tiempo después de la inundación. Para evitar pérdidas posteriores por este mecanismo, el cultivo debe permanecer inundado hasta su madurez fisiológica. Un retirotemporario del riego puede provocar la nitrificación del N mineral presente, el cual en


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condiciones de anegamiento se encuentra casi solamente como NH4+. Al volver a inundar el

cultivo, este N sería nuevamente desnitrificado.

d) Reacción del suelo

El rango óptimo de pH para este proceso es similar al de otros realizados por microorganismos heterótrofos. La tasa de desnitrificación sería relativamente independientedel pH en el rango de 6 a 8, disminuiría apreciablemente en suelos de pH menor a 5 y seríacasi nula en suelos de pH menor a 3,5 (Firestone, 1982).

En nuestro país todavía no se tiene información suficiente acerca de la importanciarelativa del lavado o la desnitrificación como mecanismos de pérdida. Hasta que esto suceda, parece razonable asumir que ambos procesos son parcialmente responsables por las pérdidas

de N que ocurren en condiciones de exceso hídrico. Esta falta de información se debe en partea que la metodología para medir el proceso de desnitrificación en el campo es muycomplicada, por lo cual las pérdidas de N por este mecanismo generalmente se estiman por diferencia.

D. PÉRDIDAS DE NH3 POR VOLATILIZACIÓN

La volatilización, junto con la desnitrificación son los procesos del ciclo del Nmediante los cuales el N vuelve a la atmósfera. El término volatilización se utiliza paradescribir el proceso de pérdida de N del suelo como amoníaco (NH3). Basándose en una

revisión de resultados de experimentos de balance de N usando15

N, Hauck estima que las pérdidas de N por ese proceso del fertilizante nitrogenado aplicado serían en promedio delorden del 15 a 20%.

El NH4+ intercambiable del suelo (NH4

+ (int)) se encuentra en equilibrio con el NH4+

disuelto en la solución del suelo (NH4+ (sol) Este proceso de pérdida comienza cuando el

NH4+(sol) en medio alcalino pasa a formar NH3 disuelto en la solución del suelo (NH3 (sol)),

de acuerdo a la reacción [1].

NH4+(sol) NH3 (sol) + H

+ [1]

De esta ecuación se puede derivar la constante de equilibrio afectada por la

concentración de H

+

de la solución, como se muestra en la ecuación [2].

5.9

4

3 10 (sol)][NH

][H (sol)][NH −

+==

+ K (25 ºC) [2]

De esta última ecuación se deriva la ecuación [3], la cual muestra el efecto del pH en la proporción de N en la solución que se encuentra como NH3 o como NH4

+.


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pH5.9 (sol)][NH

(sol)][NHlog

4

3+−=

+ [3]

De acuerdo con esto, a mayores valores de pH, mayor va a ser la proporción de Namoniacal que se encuentra como NH3. A valores de pH de 5, 7 y 9, aproximadamente el0.0036, 0.36 y 36% del N amoniacal en la solución estará presente como NH3 (sol).

El aumento en la concentración de NH3 (sol) por agregado de NH4+ o por aumento del

pH resulta en un aumento en la presión parcial del NH3 del aire (NH3 (gas)), como se indica enla ecuación [4].

NH3 (sol) NH3 (gas) [4]

Por lo tanto, la tasa de pérdida de NH3 de una solución está directamente relacionadacon la diferencia de presión parcial entre el NH3 (gas) y el NH3 (sol). Debido a que laconcentración de NH3 (gas) es baja y relativamente constante, la tasa de volatilización deamoníaco de soluciones está directamente relacionada a la concentración de NH3 (sol), la cualestá determinada a su vez por el pH de la solución y la concentración de NH 4

+. Por lo tanto, las pérdidas por volatilización pueden ocurrir siempre que existan altas concentraciones de NH3cerca de la superficie del suelo. Esto generalmente ocurre luego de la aplicación defertilizantes amoniacales o materia orgánica fácilmente descomponible en la superficie desuelos neutros o alcalinos, o cuando se concentra un fertilizante alcalino amoniacal en unvolumen limitado de suelo.

El proceso de volatilización de NH3 frecuentemente se expresa de manera simplificadacomo se indica en la siguiente ecuación:

NH4+ + OH- ⇔ NH3 (g) + H2O [5]

1) Factores que afectan las pérdidas por volatilización

Si todos los otros factores permanecen constantes, se pueden establecer relacionesgenerales entre algunos factores que afectan las pérdidas y su magnitud.

a) Reacción del suelo

Como se deriva de lo discutido anteriormente (ec.[1], etc.), un aumento del pH delsuelo tiende a aumentar las pérdidas de N. Sin embargo, en algunas condiciones la magnitudde las pérdidas puede hacerse independiente del pH del suelo. En el caso de la urea, por


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ejemplo, el pH alcalino que se crea alrededor de las partículas que se están disolviendo es másimportante que el pH de suelo.

Del análisis de la ecuación [1] y [4] surge que a mayor volatilización de NH3, mayor esel residuo de H+ que queda en la solución del suelo. Esto produce un descenso del pH yfinalmente detiene esta reacción. Por esto, las pérdidas de NH3 nunca son completas.

b) Temperatura

Un aumento de la temperatura tiende a incrementar las pérdidas hastaaproximadamente 45ºC, debido a que aumenta la constante de equilibrio de la ecuación [2] yla velocidad de difusión de NH3 (sol) hacía NH3 (gas).

c) Concentración de NH4+

De acuerdo con la ecuación [1], la volatilización aumenta con el aumento de [NH4+].

d) Velocidad del viento

El viento disminuye la presión parcial de NH3 (gas) sobre el suelo, y por lo tantoaumenta la velocidad de pasaje de NH3 (aq) a NH3 (gas). Sin embargo, según Nelson (1982) laconcentración de NH3 (gas) sobre el suelo nunca sería lo suficientemente elevada como paralimitar la velocidad de pérdidas.

e) Características del suelo

Se ha observado que las pérdidas de urea son mayores en suelos arenosos que en suelosarcillosos; esta diferencia se explica por la diferencia de CIC entre ambos tipos de suelo. Deacuerdo con la ecuación [6], a mayor CIC mayor va a ser la proporción del NH 4

+ del suelo queva a estar en forma intercambiable, es decir retenido por la fase sólida del suelo.

NH4+ (int.) ⇔ NH4

+ (sol) ⇔ NH3 (sol) ⇔ NH3 (gas) [6]

f) Modo de aplicación del fertilizante

Relacionado con el ítem anterior, el modo de aplicación del fertilizante afecta las pérdidas en forma muy importante. Cuando el fertilizante se aplica a la siembra normalmentequeda cubierto por el suelo y no hay pérdidas por volatilización de NH3. En cambio, laaplicación de fertilizantes amoniacales directamente sobre el cultivo sin cobertura de suelodisminuye la probabilidad de que el NH4

+ sea retenido por la fase sólida del suelo y aumenta la probabilidad de pérdidas. Las aplicaciones de fertilizante nitrogenado en cobertura soncomunes en la refertilización de cultivos como trigo o cebada (al macollaje), o maíz (al estado


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de 6 hojas). La aplicación de N en cobertura a cultivos en siembra directa incrementa aún másla probabilidad de pérdidas, porque el rastrojo presente sobre la superficie disminuye todavía

más la fracción del fertilizante nitrogenado que entra en contacto con el suelo.

g) Humedad

Los estudios realizados sobre el efecto de la humedad en las pérdidas por volatilizaciónmuchas veces han producido resultados contradictorios, quizás debido a que los demásfactores en estudio no estaban a niveles constantes. Nelson, 1982, luego de revisar muchostrabajos en el tema concluye que:

• Esencialmente no existen pérdidas de NH3 cuando se aplican fertilizantes sólidos asuelos con baja humedad. Esto se debe a que los fertilizantes requieren cierta

humedad para disolverse.

• Las mayores cantidades de pérdida de NH3 por volatilización se obtienennormalmente en suelos con contenidos altos de humedad que se están secando.

• Contenidos iniciales altos de humedad en el suelo tienden a reducir las pérdidas de NH3 cuando los suelos no se están secando.

Con relación a los dos últimos ítems, actualmente existe acuerdo en que lavolatilización de NH3 del suelo puede ocurrir sin pérdida concomitante de agua. Sin embargo,en la mayoría de los casos estudiados la pérdida de agua aumenta la pérdida de NH 3 al

incrementar la concentración de NH3 (sol) y prevenir la nitrificación del NH4+

.


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3. CICLO DEL N EN LOS SUELOS

Los distintos procesos de pérdida y ganancia de N del sistema actúan en formasimultánea en el suelo (Figura 16), y se relacionan con el ciclo de mineralización einmovilización (CMI) del N. La importancia relativa de cada uno de estos procesos estáademás afectada por las condiciones de clima. La complejidad de estas reacciones,interaccionando entre sí y con el medio ambiente, lleva a que sea difícil predecir la cantidad de N mineral presente en el suelo y disponible para la absorción por las plantas en un momentodado. Actualmente, mediante modelos matemáticos de simulación es posible estudiar todosestos procesos en forma conjunta, y simular incluso el clima. Muchas veces estas herramientasson útiles para avanzar en la comprensión de estos fenómenos, pero no están aún losuficientemente avanzadas como para recomendar su uso en situaciones concretas de campo.

Por lo tanto, para poder utilizar el N en forma eficiente tanto el N del suelo como el Nagregado, resulta imprescindible junto con el criterio agronómico del técnico, el uso deherramientas de análisis de suelo y planta.

El destino del N agregado con el fertilizante, por ejemplo en la siembra de un cultivoinvernal, puede ser muy variado. Si se agrega N a un suelo que tiene una gran cantidad derastrojo con alta relación C/N, como en el caso de restos de maíz o sorgo, gran parte del NH4

+

producido será inmovilizado por los microorganismos, y por lo tanto poco de este N mineralestará sujeto a pérdidas, pero también será poco el N disponible para el crecimiento vegetal.En cambio, si el N fue agregado a un suelo con poco rastrojo o con un rastrojo con bajarelación C/N, gran parte del N mineral será nitrificado, y estará disponible para la absorción

temprana del cultivo, pero también estará sujeto a pérdidas, como lavado o desnitrificación.

La cantidad de N mineral disponible para la absorción en etapas más avanzadas delcultivo, como por ejemplo al macollaje de trigo, va a estar determinado en parte por loseventos ocurridos en el período siembra-macollaje. Como la magnitud de estos diferentes procesos es de difícil predicción, resulta razonable evaluar mediante indicadores ladisponibilidad de N en este momento, y así decidir las necesidades de fertilización en formaobjetiva. La aplicación de parte del N en esta etapa (fraccionamiento) tiene la ventaja de quese realiza en un momento de rápida absorción de N, y por lo tanto la eficiencia de uso de N por las plantas es mayor. Sin embargo, debido a que en esta etapa el N se aplica en superficie,también son mayores las chances de pérdida por volatilización.

Si bien es importante minimizar las pérdidas, normalmente las mayores vías de salidade N son las extracciones en los productos agropecuarios. Cuanto más intensivo es el sistemamás posibilidad existe de que el nivel de fertilidad del suelo se vea afectado. Esto puedeevitarse con diversas medidas de manejo (rotaciones de cultivos y pasturas, agregados demateriales fertilizantes orgánicos e inorgánicos, etc.). La decisión de la medida de manejocorrecta solo puede lograrse cuando se conocen los aspectos básicos involucrados.


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Figura 16. Esquema del ciclo del N en el sistema suelo-planta. Las ganancias de N serepresentan con un recuadro y flechas de fondo blanco. Entre paréntesis seindica el lugar del ciclo donde se produce la entrada de N al sistema. Losprocesos de pérdida de N se representan con un recuadro y flechas de fondonegro.


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4. FERTILIZANTES NITROGENADOSLos fertilizantes nitrogenados se clasifican, según su origen, en orgánicos e

inorgánicos.

I. FERTILIZANTES NITROGENADOS ORGÁNICOS

Las fuentes orgánicas de N fueron muy empleadas antes del desarrollo y utilización delos fertilizantes sintéticos. Actualmente son la base de la agricultura llamada orgánica, que pretende obtener productos “orgánicos” o “naturales”. En muchos países, estos productos, si

están certificados, reciben un sobreprecio. En general, los contenidos de N en las fuentesorgánicas son del orden del 1 al 3%, por lo cual para aplicar cantidades significativas de N esnecesario utilizar altas dosis del material orgánico. La mayoría del N de estos materiales no essoluble en agua, por lo que este N se va liberando a medida que se va mineralizando. Sinembargo, esta liberación no siempre ocurre lentamente. En algunos materiales, si se dan lascondiciones de temperatura y humedad adecuadas gran parte del N orgánico es convertido en NO3

- en las primeras 2 a 4 semanas de aplicado. Es importante entender que los procesos yreacciones en el suelo discutidos anteriormente ocurren independientemente del origen de ese N. El empleo de materiales orgánicos es analizado específicamente en otro texto.

II. FERTILIZANTES NITROGENADOS INORGÁNICOS

Antes de 1939 los derivados de N más aplicados en agricultura eran el nitrato de sodio,Antes de 1939 los derivados de N más aplicados en agricultura eran el nitrato de sodio, lacianamida cálcica y el sulfato de amonio. El nitrato de sodio procedía de depósitos costeros deChile y Perú. La cianamida cálcica es un fertilizante sintético, aunque su uso más importanteera como defoliante. El sulfato de amonio es un subproducto de la industria del gas (en el proceso de gasificación se desprende amoníaco, el cual se hace combinar con ácido sulfúrico,formándose sulfato de amonio).

Los fertilizantes sintéticos comenzaron a producirse y utilizarse masivamente luego dela Segunda Guerra Mundial, ya que las plantas industriales que habían sido construidas parafabricar nitratos con objetivos bélicos, fueron luego destinadas a la producción de fertilizantes.Además, entre los años 1950 y 1975 se produjo la llamada Revolución Verde donde se logróla producción a escala comercial de los cultivos característicos de la agricultura moderna:híbridos de altos rendimientos, con mayores contenidos de aminoácidos esenciales, mayor resistencia a enfermedades y mejores adaptaciones al medio ambiente que sus progenitores. Lasíntesis de fertilizantes nitrogenados en gran escala potenció el desarrollo de dichos híbridos.


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La mayoría de los fertilizantes nitrogenados inorgánicos derivan del amoníaco (NH3),

obtenido por síntesis de N e H gaseosos, o de la industria del carbón. A partir del NH 3 seelaboran muchos fertilizantes nitrogenados.

Dentro de las fuentes nitrogenadas inorgánicas existen dos grandes tipos: lasamoniacales y las nítricas. En la Tabla 2 se presentan la fórmula y contenido porcentual dealgunos de los fertilizantes más frecuentemente usados.

Tabla 2.Composición promedio de algunos fertilizantes nitrogenados

FERTILIZANTE FORMULA N (%)

Nitrato de amonio NH4NO3 33

Fosfato monoamónico NH4H2 PO4 11

Fosfato diamónico (NH4)2HPO4 21

Sulfato de amonio (NH4)2SO4 21

Nitrato de calcio Ca(NO3)2 16

Nitrato de sodio Na NO3 16

Urea CO(NH2)2 46

Nitrato de amonio cálcico (NO3). NH4Ca 27

Nitrosulfato de amonio NH4NO3. (NH4)2SO4 30

Cloruro de amonio NH4Cl 26

Nitrato de potasio K NO3 14

En el mercado existen también mezclas de urea y nitrato de amonio, que sonsoluciones de N no presurizadas, conocidas como soluciones UAN. Estas mezclas puedencontener desde 30 a 35% de urea, y desde 40 a 43% de NH 4H2 PO4, más agua, siendo el %total de N de 28 a 32%. Cada solución tiene una temperatura de cristalización específica, lo

cual determina las condiciones de almacenamiento y el momento del año para aplicarlas. Estassoluciones presentan algunas ventajas: a) son fáciles de manipular y aplicar; b) puedenaplicarse más uniformemente que los fertilizantes sólidos; c) algunos pesticidas soncompatibles con estas soluciones por lo que pueden ser aplicados conjuntamente. La cantidadde N a aplicar se calcula a partir de la densidad del fertilizante líquido. En general estasmezclas se utilizan en producciones muy intensivas.


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Otras fuentes de N de importancia creciente en la producción agrícola son las fuentesde liberación lenta de N, tales como la urea-formaldehido. Este producto contiene 30% de N.

Puede ser usado en canchas de golf, plantas ornamentales, cultivos de invernáculo y viveros.Otro producto de lenta liberación es la urea recubierta con azufre. Cada gránulo de urea presenta una cobertura de azufre, siendo la concentración de N del orden de 36-38%. El N seva liberando paulatinamente luego que los microorganismos atacan la cubierta de S.

En Uruguay las fuentes más usadas son las amoniacales, representadas en un 95% por urea y fosfato de amonio, con un amplio predominio de la urea. Por este motivo acontinuación se discutirán las transformaciones que sufre esta última en el suelo.

A. TRANSFORMACIONES DE LA UREA

La urea es un fertilizante de origen sintético. Su fórmula es CO(NH2)2 y contiene 46%de N. Al ser incorporada al suelo sufre un proceso de hidrólisis, formando carbonato deamonio (CO3(NH4)2).

CO(NH2)2 + 2 H2O CO3(NH4)2 [1]

Esta reacción es catalizada por la enzima ureasa, una enzima que abunda en el suelo.Esto se debe a que la urea es una molécula orgánica relativamente abundante, constituyendo laforma principal de excreción de N en la orina de los mamíferos. Al igual que lo que ocurre

para otras enzimas del suelo, una parte de la actividad de la ureasa se localiza dentro de lasfracciones humificadas de la MOS, y se considera que los mismos mecanismos que explican laestabilidad del humus explicarían la estabilidad de la ureasa en el suelo. Parte de la ureasa delsuelo proviene de los microorganismos; muchos de ellos poseen esta enzima y son capaces dellevar a cabo esta hidrólisis. Los restos frescos en descomposición también aportan ureasa alsuelo, aunque la enzima proveniente de estas fuentes se degrada rápidamente por la acciónmicrobiana.

La molécula de CO3(NH4)2 producida en [1] es inestable, y se descomponerápidamente en el suelo de acuerdo a la siguiente reacción:

CO3(NH

4)

2 + H

2O CO

2 + 2 NH

4

+ + 2 OH- [2]

Si existe suficiente humedad en el suelo estas dos reacciones ocurren rápidamente, por lo que generalmente se considera a la urea como un fertilizante amoniacal. Sin embargo, adiferencia de otros fertilizantes nitrogenados, el N de la urea tiene más probabilidades de perderse por volatilización. De acuerdo con la reacción [2], cualquiera sea el pH del suelo, en


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la zona de disolución de la urea el pH es siempre alcalino (ver capítulo de Pérdidas por Volatilización de NH3 ).

Estas pérdidas pueden existir solamente cuando la urea se aplica en superficie, ya queunos pocos centímetros de suelo sobre el fertilizante son suficientes para retener el NH3. Por lotanto, la mejor estrategia para reducir las pérdidas de urea es incorporarla al suelo, como sehace normalmente cuando se la aplica a la siembra. En caso de tener que aplicar estefertilizante en la superficie, lo que es común cuando se fertilizan cultivos o pasturas encrecimiento, es conveniente hacerlo en suelos secos. Si el suelo está húmedo, sería preferibleaplicarlos en condiciones de baja evapotranspiración, como por ejemplo en días nublados. Elmejor momento de aplicar urea en superficie sería antes de una lluvia. En estas condicionesatmosféricas, no sólo la evapotranspiración es baja, sino que además, la lluvia va a incorporar a la urea dentro de los primeros centímetros del suelo. En caso de contar con equipos de riego

sería recomendable la aplicación de cierta cantidad de agua para lograr dicho objetivo. Por lotanto, cuando la urea se aplica en superficie existe la potencialidad de que parte del N se pierda por volatilización. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones estas pérdidas no sonmuy importantes, y si se siguen cie

Disponibilidad del nitrógeno para las plantas

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